Проектирование трубопроводов для одновременной транспортировки нефти и газа

Проводились измерения перепада давления при одновременном течении нефти и газа в трубопроводах диаметром от четырех до десяти дюймов. Эти результаты соотнесены с данными из литературы для труб диаметром от половины до трех дюймов. Ранее опубликованные данные использованы для построения обобщенной диаграммы, позволяющей предсказывать тип режима течения в трубопроводе. Описанные режимы течения включают пузырьковое течение, штучное (plug) течение, стратифицированное течение, волнообразное течение, шлюзовое (slug) течение, кольцевое (annular) течение и распыленное течение. Наши экспериментальные данные оказались согласующимися с обобщенной диаграммой режимов течения. Метод расчета, предложенный Локхартом и Мартинелли для проектирования двухфазных трубопроводов, оказался недостаточным для труб большего диаметра и для некоторых режимов течения. Представлены модификации данного метода в виде отдельных уравнений для каждого типа режима течения. В последние годы наблюдается тенденция к одновременной транспортировке нефти и газа по сборным трубопроводным системам. Тенденции к центральным сепараторным батареям, стабилизации нефти и полному переработке продукции скважин в дистиллятных месторождениях подчеркнули необходимость лучшей информации о влиянии жидкости, текущей совместно с газом в трубопроводах. Многократное увеличение перепада давления при намеренном введении жидкости в газопровод иллюстрируется данными Ван Вингена. Рассмотрение механизма двухфазного течения объясняет, почему перепады давления так сильно увеличиваются. При совместном течении двух фаз газ обычно движется быстрее жидкости. Жидкость накапливается в трубе и уменьшает площадь поперечного сечения, доступную для потока газа. Потери давления текучей среды в трубе обратно пропорциональны пятой степени диаметра трубы. Накопленная жидкость в линии фактически уменьшает диаметр. Снижение диаметра на 20 процентов приведет к трехкратному увеличению перепада давления, в то время как снижение на 60 процентов увеличит перепад давления в сто раз. При некоторых соотношениях расходов газа и жидкости поверхность жидкости сильно возмущается, образуя волны или гребни, выступающие в газовый поток. На протяжении полувека изучается влияние шероховатости внутренней поверхности трубы на перепады давления. Существуют различные диаграммы коэффициента трения с учетом шероховатости.